表面增強拉曼散射的懸架式金奈米微結構

　　　 　　　

　　　　　　　　　　　FDTD電場分佈數值分析                            　　         金奈米微結構SEM圖像

關鍵字:Finite-difference time-domain simulation, E-beam lithography, Metamaterials

　　　偵測單一分子借由共振性激發奈米貴金屬顆粒表面的拉曼散射強化現象，已經在分子偵測和辨識應用上逐漸被重視。最近重複性的金奈米領結形表面結構，顯示出足夠大的增強性質用於偵測單一分子。運用電子束微影技術，定義出奈米等級的特定圖案，並以金屬沉積、金屬剝離和反應性離子蝕刻等整合性奈米製程技術，製造出矽奈米柱支撐的獨特懸架式金奈米領結形排列結構。同時使用有限時域差分法(finite-difference time-domain ,FDTD)模擬軟體，模擬不同結構下的增強效應，對於表面電漿子共振性增強上的優點，有系統的研究矽奈米柱和所支撐的奈米微結構，在大小與幾何形狀上對表面電漿子共振性質的影響，並進一步考慮週期性的圓型、橢圓形、六角型和正方形等奈米微結構，使表面電漿子共振性質最大化。這將不只能應用於偵測單一分子光譜，也將能使這些周期性微結構應用於各式各樣的先進光學性質、調置和訊號處理等過程。

　　　本實驗室將把數值模擬結果，實際應用於表面微結構的製造，並量測拉曼光譜，歡迎對電磁場在不同金屬、介質下的交互作用和數值模擬，以及對表面微結構設計、製造有興趣的同學，和我們實驗室聯絡。

　　　

　　　　　　　　　週期性的領結形金奈米微結構　　　　　　　　　　　不同週期的SEM圖像

　　　 　　　

　　　　　　　　　　不同極化方向的拉曼訊號　　　　　　　　　　　矽奈米柱的拉曼訊號放大

參考資料:

[1] N. A. Hatab, C. H. Hsueh, A. Gaddis, S. T. Retterer, J. H. Li, G. Eres, Z. Zhang, and B. Gu, “Free-Standing Optical Gold Bowtie Nanoantenna with Variable Gap Size for Enhanced Raman Spectroscopy,” Nano Lett., 10 [12], 4952–4955 (2010). [2] X. Xu, K. Seal, X. Xu, I. Ivanov, C. H. Hsueh, N. A. Hatab, L. Yin, X. Zhang, Z. Cheng, B. Gu, Z. Zhang, and J. Shen, “High Tunability of the Surface-Enhanced Raman Scattering Response with a Metal–Multiferroic Composite,” Nano Lett., 11 [3], 1265–1269 (2011). [3] C. H. Hsueh, C. H. Lin, J. H. Li, N. A. Hatab, and B. Gu, “Resonance Modes, Cavity Field Enhancements, and Long-Range Collective Photonic Effects in Periodic Bowtie Nanostructures,” Opt. Express, 19 [20], 19660–19667 (2011).